【127.1 單片機串口接收數據的底層時序。】 上一節“單線的肢體接觸通信”其實是為本節打基礎的，通信線只用了一根“數據”線，沒有用到“時鐘”線，屬于異步通信方式，還分析時序中的“1個開始位，8個數據位，1個停止位”等細節內容，這些時序其實就是本節單片機串口通信的底層時序，一模一樣。繼續上一節的內容（很有必要重新溫習一次上一節的異步通信原理），繼續沿用甲乙雙方靠各自“心跳”的節拍來異步通信的例子，本節單片機串口接收數據是代表乙方，我把乙方串口接收數據的過程翻譯成C語言，代碼如下： sbit USART\_RX=P3^0; //用來接收串口數據的數據線 unsigned char Gu8ReceiveData=0; //串口接收到的8位數據 unsigned char i; //連續接收8位數據的循環變量 void main() { Gu8ReceiveData=0; while(1) { USART\_RX=1; //51單片機的規則，每次讀取數據前都執行一條“置1”指令 Delay(); //乙的心跳間隔時間，待機時，每一個節拍監控一次數據線的狀態 if(0==USART\_RX) //如果監控到甲發送的“開始位0”，從下一個節拍開始連續接收8位數據 { for(i=0;i<8;i++) //連續循環接收8個“數據位” { USART\_RX=1; //51單片機的規則，每次讀取數據前都執行一條“置1”指令 Delay(); //乙的心跳間隔時間，每個節拍判斷讀取一位數據 if(1==USART\_RX) //判斷讀取數據線上的狀態 { Gu8ReceiveData=Gu8ReceiveData | 0x80; } else { Gu8ReceiveData=Gu8ReceiveData & 0x7F; } Gu8ReceiveData=Gu8ReceiveData>>1; //右移一位，為即將接收下一位做準備 } Delay(); //乙的心跳間隔時間，這里額外增加一個節拍，作為“停止位”的開銷。 } } } 【127.2 單片機內置的“硬件串口模塊”。】 很顯然，上面【127.1】分享的時序代碼會占用單片機大量的時間，單片機每接收一個字節的數據都會被束縛一次手腳，耽誤了其它大事，怎么辦？為了把單片機從底層繁瑣的時序中解放出來，單片機內置了很多“硬貨”，俗稱“硬件資源”，“硬件串口模塊”便是其中之一。何謂“硬件”，單片機內置的“硬件”可以看作是另外一個獨立運行的“核”，這個“核”可以看作是另外一個CPU，可以獨立工作，相當于單片機主人在某個領域的一個專用助手。單片機只需要跟這個“核”通信發指令就可以，具體的執行過程由這個“核”獨立去完成，這個“核”完成工作之后再把處理結果反饋給單片機。那么，單片機是如何跟這些內置“硬件資源”通信呢?其實它們的通信接口是“寄存器”，不管是單片機給“硬件資源”發送指令，還是單片機從“硬件資源”里讀取所需要的結果數據，都是通過“寄存器”來完成。 【127.3 單片機與硬件串口通信的接口“寄存器”。】 硬件串口的寄存器主要涉及：串口的方式選擇，波特率，允許串口接收數據，中斷的優先級，中斷的允許，等等。比如，51單片機的串口是兼容很多種方式的，可以同步通信，也可以異步通信，異步通信還可以兼容10位（1開始位、8數據位、1停止），11位（1開始位、8數據位、1校驗位、1停止），等等，這些就是多選題，我們要在某個特定的寄存器里面做出選擇。波特率，是用來衡量通信的速度，比如波特率是9600，就意味著1秒鐘能收發9600個二進制的位數據，也就是1秒鐘能產生9600個時鐘節拍，波特率越高通信的速度越快，這些也需要我們往相關的寄存器填入相應的數據，來告知“硬件串口”以哪種波特率進行通信。 那么，對于初學者，寄存器如何配置呢？主要有這些思路：查看芯片手冊（datasheet），產看C編譯器的手冊，查看芯片相關的C語言的頭文件(比如51單片機的REG.H)，在網上參考別人已經配置好的代碼，或者購買相關芯片的學習板時所配套的程序例程。 本節用到的串口，是10位數據長度的異步通信，波特率9600，相關配置的代碼如下： unsigned char u8\_TMOD\_Temp=0; //串口的波特率與內置的定時器1直接相關，因此配置此定時器1就等效于配置波特率。 u8\_TMOD\_Temp=0x20; //即將把定時器1設置為：工作方式2，初值自動重裝的8位定時器。 TMOD=TMOD&0x0f; /此寄存器低4位是跟定時器0相關，高4位是跟定時器1相關。先清零定時器1。 TMOD=TMOD|u8\_TMOD\_Temp; //往高4位的定時器1填入0x2，低4位的定時器0保持不變。 TH1=256-(11059200L/12/32/9600); //波特率為9600。11059200代表晶振11.0592MHz， TL1=256-(11059200L/12/32/9600); //L代表long的長類型數據。根據芯片手冊提供的計算公式。 TR1=1; //開啟定時器1 SM0=0; SM1=1; //SM0與SM1的設置：選擇10位異步通信，波特率根據定時器1可變 REN=1; //允許串口接收數據 //為了保證串口中斷接收的數據不丟失，必須設置IP = 0x10，相當于把串口中斷設置為最高優先級， //這個時候，串口中斷可以打斷任何其他的中斷服務函數，實現嵌套的功能， IP =0x10; //把串口中斷設置為最高優先級，必須的。 ES=1; //允許串口中斷 EA=1; //允許總中斷 【127.4 硬件串口的中斷函數。】 硬件串口接收完一個字節的數據之后，會及時產生一個串口中斷去通知單片機接收數據。單片機在串口中斷函數里直接讀取“串口專用緩存寄存器”SBUF的數據，就可以直接獲得一個完整的8位寬度的數據，省去了繁瑣的驅動時序底層。 串口的中斷函數跟定時器的中斷函數很類似，只不過中斷號不一樣而已，比如我們前面章節用的定時器0的中斷號是“1”，而本節串口的中斷號是“4”。這些其實是C編譯器定的游戲規則，我們只要根據它提供的數據手冊遵守它的游戲規則就好了。串口中斷函數里還有一個地方要注意，硬件串口“接收完一個字節”的數據后產生一次中斷，而硬件串口“發送完一個字節”的數據后也產生一次中斷，這兩個一“收”一“發”的中斷都是共用中斷號為“4”的中斷函數，因此，我們必須在中斷函數里通過判斷寄存器的RI和TI的標志位來判斷到底是“收”的中斷，還是“發”的中斷，并且軟件上要及時把RI或者TI及時清零，避免不斷進入中斷的情況。參考代碼如下： unsigned char Gu8ReceiveData=0; //接收到一個字節的數據 void usart(void) interrupt 4 //串口接發的中斷，中斷號為4 { if(1==RI) //接收完一個字節后引起的中斷 { RI = 0; //及時清零，避免一直無緣無故的進入中斷。 Gu8ReceiveData=SBUF; //直接讀取“串口專用緩存寄存器”SBUF的8位數據。 } else //發送數據引起的中斷 { TI = 0; //及時清除發送中斷的標志，避免一直無緣無故的進入中斷。 //以下可以添加一個全局變量的標志位的相關代碼，通知主函數已經發送完一個字節的數據了。 } } 【127.5 上位機與單片機的串口通信例程。】  上圖127.5.1 灌入式驅動8個LED 程序功能如下： 波特率9600，校驗位NONE（無），數據位8，停止位1。在上位機的串口助手里，發送一個十六進制（HEX模式）的01，讓單片機的一顆LED“亮”。發送一個十六進制（HEX模式）的00，讓單片機的一顆LED“滅”。上位機的串口助手的使用，請參考前面第11節的相關內容，或者自己在網上查找串口助手軟件的使用方法，串口助手軟件網上很多，我們的使用要求不高，隨便選用一家都可以。代碼如下： \#include "REG52.H" void usart(void); sbit P0\_0=P0^0; //一顆LED燈 unsigned char Gu8ReceiveData=0; //接收到一個字節的數據 void main() { unsigned char u8\_TMOD\_Temp=0; P0\_0=1; //LED滅。1代表LED滅， 0代表亮 //串口的波特率與內置的定時器1直接相關，因此配置此定時器1就等效于配置波特率。 u8\_TMOD\_Temp=0x20; //即將把定時器1設置為：工作方式2，初值自動重裝的8位定時器。 TMOD=TMOD&0x0f; //此寄存器低4位是跟定時器0相關，高4位是跟定時器1相關。先清零定時器1。 TMOD=TMOD|u8\_TMOD\_Temp; //把高4位的定時器1填入0x2，低4位的定時器0保持不變。 TH1=256-(11059200L/12/32/9600); //波特率為9600。11059200代表晶振11.0592MHz， TL1=256-(11059200L/12/32/9600); //L代表long的長類型數據。根據芯片手冊提供的計算公式。 TR1=1; //開啟定時器1 SM0=0; SM1=1; //SM0與SM1的設置：選擇10位異步通信，波特率根據定時器1可變 REN=1; //允許串口接收數據 //為了保證串口中斷接收的數據不丟失，必須設置IP = 0x10，相當于把串口中斷設置為最高優先級， //這個時候，串口中斷可以打斷任何其他的中斷服務函數實現嵌套， IP =0x10; //把串口中斷設置為最高優先級，必須的。 ES=1; //允許串口中斷 EA=1; //允許總中斷 while(1) //主循環 { } } void usart(void) interrupt 4 //串口接發的中斷函數，中斷號為4 { if(1==RI) //接收完一個字節后引起的中斷 { RI = 0; //及時清零，避免一直無緣無故的進入中斷。 Gu8ReceiveData=SBUF; //直接讀取“串口專用緩存寄存器”SBUF的8位數據。 if(0x01==Gu8ReceiveData) { P0\_0=0; //LED亮。1代表LED滅， 0代表亮 } else { P0\_0=1; //LED滅。1代表LED滅， 0代表亮 } } else //發送數據引起的中斷 { TI = 0; //及時清除發送中斷的標志，避免一直無緣無故的進入中斷。 //以下可以添加一個全局變量的標志位的相關代碼，通知主函數已經發送完一個字節的數據了。 } } 【127.6 單片機串口電路的簡易分析。】  上圖127.6.1 232串口電路 單片機串口對外的引腳是與IO口的“P3.1、P3.0”共用的。P3.1是串口的TX引腳，即對外發送數據的引腳。P3.0是串口的RX引腳，即接收外部數據的引腳。一旦項目中用了串口，那么這兩個引腳就必須“專腳專用”，只給串口單獨使用，不再做IO口。平時通信的時候，跟其它單片機或者系統進行串口通信，除了接TX和RX這兩根數據線之外，必須一定把雙方的負極GND也“共地”接上，否則雙方建立不了同樣的電壓參考點，通信畢然失敗。因此，串口通信最低標配是3根線：RX,TX,GND。 如果兩個甲乙單片機都布在一塊板子上，距離不超過半米，他們兩個要進行串口通信，怎么接線？把他們的GND連起來，然后RX與TX“交叉”對接，甲的RX接到乙的TX，甲的TX接到乙的RX。這種在短距離通信的時候，不用增加任何外部輔助壓差信號放大芯片，這種方式叫做“串口的TTL”接線方式。 如果兩個系統串口通信的距離比較遠，比如在不同的板子上，1米以上10米以下的距離，這時就不能采用原始的“串口的TTL”接線方式，因為線纜越長電阻越大，本身就要消耗一些壓降，而3.3V的壓降很容易就會被消耗完，通信的可靠度和抗擾能力就會降低。為了解決這個問題，可以引用232標準的接線方式，外部需接一個壓差放大的芯片，把從原來3.3V的壓差放大到一兩倍左右，通信的距離就大大提高。具體232的細節，大家可以網上搜搜“RS232”。注意，采用232協議通信，也要注意“共地”和數據線“交叉”的兩個問題，232通信的最低標配也是3根線：R,T,GND。上圖SP232E就是一個壓差信號放大的通信專用芯片。